有机合成概述
有机合成重要知识点总结
有机合成重要知识点总结一、有机合成基础知识1. 有机合成的基本概念有机合成是指利用有机化合物的反应特性和化学键的特性，以一种有机物为出发原料，通过一系列的化学反应，合成目标有机化合物的过程。
有机合成的对象主要包括有机化合物、天然产物、药物、功能材料等。
有机合成的基本原理是通过碳-碳键（C-C）或碳-氢键（C-H）的形成或断裂，以及化学键的变换，来合成有机化合物。
2. 有机合成的基本步骤有机合成一般包括以下基本步骤：出发物的准备、反应物的选择、反应条件的设计、反应过程的监测和产物的纯化。
在有机合成中，反应条件的选择、反应物的选择和搭配以及产物的纯化是十分关键的。
3. 有机合成反应的类型有机合成反应种类多样，包括加成反应、消除反应、取代反应、重排反应、环化反应等。
根据反应类型的不同, 反应物和条件的选择也有所不同。
4. 有机合成中的催化剂在有机合成中，催化剂主要是帮助控制反应速率和选择性的物质。
常见的有机合成中的催化剂包括过渡金属催化剂、有机小分子催化剂、酶催化剂、光催化剂等。
二、有机合成策略1. 逆合成策略逆合成策略是指根据目标化合物的结构特点，从目标化合物的结构出发，设计出一系列合成路线和反应条件，以最大限度地实现目标有机化合物的合成。
2. 多组分合成策略多组分合成策略是指以两种以上的原料通过一系列的反应合成目标化合物。
多组分合成策略可以增加反应的多样性，提高合成效率，丰富了反应类型。
3. 变位合成策略变位合成策略是指通过多步反应依次进行有机分子中某些官能团的位置的变化来合成目标有机化合物。
这种策略通过有机化合物官能团的转移和变位来合成目标化合物，具有很强的实用性。
4. 生物启发合成策略生物启发合成策略是指通过模拟生物合成的原理和方法，来合成目标化合物。
生物启发合成策略主要是借鉴天然产物的生物合成过程和机制，通过设计合成途径来合成具有类似结构和活性的有机分子。
三、有机合成中的重要反应1. 还原反应还原反应是指被一种物质（还原剂）接收氢原子或失去氧原子的过程。
大学有机化学有机合成全面总结
OH
α -氰 醇
α -羟 基 酸
应用范围：醛、甲基脂肪酮 、C8以下环酮
2. 增加二个碳原子的反应
R MgX + CH2 CH2 O
R CH2CH2 H3O+ RCH2CH2OH OMgX
3. 增加多个碳原子的反应
① R-C CH NaNH2 R-C CNa R/X R-C C-R/
其中：R/ 为伯卤代烃 X 为Cl、Br、I
H2O / OH- PX3 Mg
NH3 R-NH2
R-MgX
R-X
① ②
CO2 H3O+
R-COOH
H3O+
NaCN
R-CN
R-NH2 R-NHR
[H]
R-CH2NH2
R-X
R-NR2
2. 羧酸及其衍生物的转换
R-COCl
NH3
R-CONH2
R/OH
R-COOH
NH3
R-COOR/
R/OH
(RCO)2O
H2SO4 H2O
① (BH3)2 ② H2O2 /
OH-
R-CH-CH3（符合马氏规则） OH
R-CH2CH2OH（反马氏规则）
[H]
② R-C=O H（R/） [ O ]
R-CH-OH H（R/）
[ H ] = LiAiH4 、NaBH4 、 H2 / Ni、Pt、Pd等
③ R-COOR/ [ H ] R-CH2OH + R/OH [ H ] = LiAiH4 、C2H5OH + Na 、 H2 / Ni、Pt、Pd等
R-NH2
● 碳环的合成
① 双烯合成（D-A反应）
X△
-X
有机合成简介2013
BASIC RULES TO THE RESTROSYNTHETIC ANALYSIS
甲 原料
Starting Material SM
乙 中间物
Intermediates
丙
丁 合成目标
TGT or TM
合成路线
丁 TGT
丙
乙 Synth-precursor
逆合成分析的过程
甲 SM
Restrosynthetic Analysis. A problem-solving technique for transforming the structure of a synthetic target molecule to a sequence of progressively simpler structure along a pathway which utimately leads to simple or commercially available starting materials for a chemical synthesis.
目标物的合成中要解决以下几个主要问题： （1）如何构建目标化合物的碳架结构； （2）如何引入目标化合物中的官能团； （3）如何达到高选择性合成（包含立体选择性合成）；
——对于多官能团等复杂化合物的合成，为避免不必要的副反 应的发生，需要先保护某些官能团，之后再去保护。
一、官能团的引入与转化
官能团的引入： 官能团的转化：
, C C CR
一、官能团的引入与转化
官能团的转化：
官能团的去除
OH H
Cr6+
O
H
H
CH2OOH CONR2
LiAlH4 LiAlH4
有机合成
有机合成 有机合成技巧 第一节概述有机化学的内容一般可以分成三部分，即有机合成、有机理论和有机分析。
虽然这三部分对于生产实际都有联系，可是有机合成和生产实际得更加密切一些。
不论在工业或农业上，都迫切期望我们能不断合成出更好的化合物，以满足各方面的需要，所以有机合成是一项非常重要的工作。
有机合成通常是指从元素、简单无机化合物通过化学反应制取比较复杂的有机物质的过程。
它通常经过一系列反应，反应步骤的多少视所欲合成的分子（目标分子）的复杂性而定。
任何有机合成都应尽可能符合如下前提：（1） 应采用尽可能有效（产率高）的反应和方便的步骤，要力求采用只生成一种或主要生成一种产物的可靠的反应，避免生成各种产物的混合物。
（2） 要尽可能压缩反应以避免合成周期过长和总产率过低；一个每步产率为80%的十步合成的全过程产率仅为10.7%，而每步产率为40%的二合成的全过程产率可达到16%。
（3） 原料应是易得和价廉的。
通常，含有五个或少于五个碳原子的单官能团化合物和单取代苯等大多是较容易购得的。
第二节反向合成分析在我们学习有机化学的时，一直是沿着由起始原料经过有机化学反应生成特定结构的化合物这种思维路线进行的。
即反应物反应产物这种学习的顺序已经逐渐变成了我们思考问题的习惯，但是，当开始制定一项有机合成计划时，最初提供的信息只是需要合成的目标分子，这时就要求合成有机化学家应用化学反应作为工具，寻找合适的起始原料。
这也就是应用与过去学习有机化学时相反的思维路线去考虑问题。
即产物结构起始原料反应这种分析目标分子的结构，找出起始原料，制定出合成计划的思维方法就是反向合成（antithetic synthesis ）即使对于一个较简单的合成，应用反向合成法也往往可导出许多不同的中间体，组成许多不同的合成程序，结果得到一个所谓的“合成树”：从合成树可得出一个结论，那就是：有机合成并非只有唯一答案。
究竟哪条路线好，要结合实际情况加以判断。
有机化学合成的机理解析
有机化学合成的机理解析有机化学是一门研究碳基化合物及其衍生物的化学科学。
而有机合成化学是有机化学的一个重要分支领域，其研究内容是利用化学反应将简单的化合物转化为更加复杂的有机分子，从而制备各种物质。
有机合成化学不仅仅在医药、农药、染料、高分子材料等领域有着广泛的应用，而且在石油行业、环保领域和化学工业的生产中也都很重要。
本文将简要介绍一些有机化学合成的机理。
1. 酯化反应机理酯化反应是有机合成反应中常用的一种反应，可用于合成酯、脂肪酸、糖等有机物。
它是一种酸催化催化下的亲核加成反应，反应中需要有一个亲核试剂和一个烷基或芳香族羧酸反应。
具体反应过程中：RCOOH + R'OH -> RCOOR' + H2O其中，R和R'分别代表烷基或芳香族基。
反应机理：首先，羧酸的OH与酮的C=O之间发生亲核加成，生成一个烷基酯。
然后，产生的烷基酯在酸性催化下发生酯交换反应，得到最终的目标化合物。
2. 缩醛反应机理缩醛反应是指醛分子中羰基上的氧化钾与范尼基胍基反应得到的产物。
缩醛反应是一种重要的有机化学合成反应，广泛用于制备醇、醛、酮、酸、酯、乙烯、脂肪酸等有机物。
反应过程中，醛和胍基在碱性条件下缩合得到相应的羟胍。
反应机理：缩醛反应需要碱性条件，碱钾可催化反应，生成的产物有时需要提取或再结晶纯化。
在反应体系中，范尼胍或其衍生物的立体构型是决定反应是否进行的关键因素。
3. 羟酮合成反应机理羟酮合成是有机合成反应中一种非常受欢迎的反应，它是醛酮与硫脲的缩合反应。
羟酮合成反应有很多优点，如反应条件温和，操作简单，选择性好等。
反应机理：羟酮合成反应通常在醇/水溶液中进行，先将硫脲溶于水中，再将醛酮加入溶液中，并控制溶液的温度。
生成的羟酮通过结晶纯化、萃取、洗涤等方式分离提纯。
4. 醇酸反应机理醇酸反应是指在酸性或催化剂的作用下，醇和羧酸在一定的反应条件下缩合形成酯的反应。
醇酸反应是有机合成中应用最广泛的反应之一，可以用来合成各种半实验的酯类化合物。
有机合成
R C OH
试以甲醇,丙酮和HCN为原料, HCN为原料 试以甲醇,丙酮和HCN为原料,制备有机 COOH 玻璃- 玻璃-聚甲基丙烯酸甲酯
[ C CH2 ] n CH3
�
有机合成
一,有机合成的过程
1,有机合成的概念 利用简单,易得的原料, 利用简单,易得的原料,通 过有机反应, 过有机反应,生成具有特定结构 和功能的有机化合物. 和功能的有机化合物. 2,有机合成的任务 有机合成的任务包括目标化 合物分子骨架的构建 分子骨架的构建和 合物分子骨架的构建和官能团的 转化. 转化.
CH3
C CH2 CH3
OH O
OH OH CH3 C CH2 CH3
CH3
C CH3
C H
CH2
C CH3
COOH
例2.
醛酮中α-H的醛能自身加成生成β-羟基醛 R-CH2-CHO+R'-CH2-CHO R-CH2-CH-CH-CHO OH R' 巴豆酸(CH3-CH=CH-COOH)主要用 于合成树脂,现用乙醇及无机原料合成巴 豆酸?写出有关反应方程式.
光
官能团 引入
CH3Cl+HCl
Fe
C6H5Br+HBr
CH2=CH2+HBr △ CH3CH2Br CHBr2CHBr2 CH≡CH+2Br2 3.醇与 的取代, 醇与HX的取代, 醇与 的取代 C2H5OH+HBr
△
C2H5Br+H2O
-C=C-或-C=O的引入 C=C- C=O的引入
1.醇与卤代烃的消去反应 醇与卤代烃的消去反应 CH3CH2OH CH3CH2Br 2.醇的氧化 醇的氧化 2CH3CH2OH+O2
有机合成大分子的工作原理
有机合成大分子的工作原理
有机合成是指通过化学反应将小分子有机化合物合成成为更复杂的大分子有机化合物的过程。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 反应类型选择：有机合成中可以采用多种不同类型的反应，如取代反应、加成反应、消除反应等。
根据合成目标的化学结构，通过选择适当的反应类型可以实现所需的合成转化。
2. 反应条件控制：不同的有机合成反应具有不同的反应条件要求，如温度、压力、溶剂、催化剂等。
根据反应的特性，调控反应条件以促进反应进行，并保证所需产物的选择性和高产率。
3. 保护基和功能团的选择：在有机合成中，为了保护合成过程中的某些功能团不受损害，常常需要引入保护基。
保护基的选择需要考虑其对合成中其他反应物的影响，以及是否易于去除。
4. 反应物的制备：有机合成中，合成原料往往需要通过其他反应途径进行制备。
这些反应途径可能包括分离提纯、合成一些中间体化合物、构建碳碳键或碳氮键等。
对反应物的制备进行综合考虑，并优化合成步骤，能够提高有机合成的效率和产物的纯度。
5. 产物分离和纯化：有机合成过程中，合成的产物常常与其他反应物、副产物和催化剂混在一起。
因此，需要进行产物的分离和纯化步骤，如晶体分离、溶剂提取、柱层析、气相色谱等。
通过合适的分离和纯化方法，可以得到所需的有机合成产物。
综上所述，有机合成的工作原理是选择适当的反应类型，调控反应条件，选择合适的保护基和功能团，制备反应物，以及分离和纯化产物。
通过这些步骤的合理组合和优化，可以实现有机合成反应的目标，合成出所需的大分子有机化合物。
有机合成化学
1.2.2 有机合成与整体有机化学的关系
从上述反应开始，在试管中(即在玻璃仪器中)制备有机物 质的活动就与整个有机化学的发展紧密联系在一起了。每当有 机化学在理论和基础知识方面取得进展时，都可以发现合成在 其中所起的作用，而新理论、新技术又必然引起合成的进一步 发展。例如，合成帮助确定异构体的数目及其结构，从而对 Kekule早期理论做出了贡献；从奎宁实验式出发的推理，使 Perkin提出合成奎宁的假设，而又根据这个假设所做的努力， 导致合成染料的发现。
因此，有机合成已经成为当代化学研究的主流之一。利用 有机合成可以制造天然化合物，可以确切地确定天然物的结构， 可以辅助生物学的研究以解开自然界的奥秘。利用有机合成更 可以制造非天然的，但预期会有特殊性能的新化合物。
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事实上，有机合成就是应用基本且易得的原料与试剂， 加上人类的智慧与技术来创造更复杂、更奇特的化合物。可 以这样说：“有机合成是‘无中生有’”。正如1965年诺 贝尔奖获得者，也是有机合成的先师Woodward教授所说： “在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术”。再进一 步看，逻辑性的归纳和演绎在有机合成中，特别是在路线设 计中，显得非常重要，甚至可以运用计算机程序来辅助合成 路线的设计。
(3)测试方面 近代物理测试方法，如红外、紫外、核磁共 振、色质联用、高效液相色谱、元素自动分析、X射线衍射 等，已普遍配合应用，有力地促进了有机合成的迅速发展。
(4)人工智能方面 使用计算机来辅助合成路线设计将大大 加快合成路线设计的速度。为此，人们已注意到了全面分析 和总结复杂分子的合成规律与逻辑，使合成工艺变得更加严 格而系统化，以此为基础，编制有机合成路线的计算机辅助 设计程序，逐步达到路线设计的计算机化。
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b. 应用各种数据库设计合成路线 * 整体设计法: 整体设计法: 目标化合物 → 三维结构 → 数据处理 → 搜 索(从所选择的数据库中) → 修改 → 可能合成 从所选择的数据库中) 路线 * 分步设计法: 分步设计法: 先将目标化合物分解为结构单元, 先将目标化合物分解为结构单元,再按数据库提供的 信息,一步一步进行设计. 信息,一步一步进行设计.
20世纪60年代 Merrifield发展了固相合成 世纪60年代, (5)20世纪60年代,Merrifield发展了固相合成 技术. 技术. 20世纪70年代 Corey发展了手性合成理论和 世纪70年代, (6)20世纪70年代,Corey发展了手性合成理论和 方法. 方法. 1989年 Kishi合成了海葵毒素 合成了海葵毒素, (7)1989年,Kishi合成了海葵毒素,被称为是世 纪工程. 纪工程. 20世纪90年代 世纪90年代, (8)20世纪90年代,发展了组合化学合成理论和 技术. 技术.
推动有机合成的三件大事: 推动有机合成的三件大事: 1,尿素的合成(Wohler) 尿素的合成(Wohler) 2,有机化合物结构理论的建立 包括:碳的四价和成键和苯的结构(Kekule) 包括:碳的四价和成键和苯的结构(Kekule) 碳价键的正四面体构型(vaurHoff (vaurHoff) 3,碳价键的正四面体构型(vaurHoff)
有机合成是推动有机化学发展的永恒动力: 有机合成是推动有机化学发展的永恒动力:
有机化学家在解决有机合成问题过 程中,全面发展了有机化学: 程中,全面发展了有机化学:化学结构 理论,反应理论,合成方法, 理论,反应理论,合成方法,分离纯化 方法,结构鉴定方法等. 方法,结构鉴定方法等.
2. 有机合成发展历史
OHC
O O COOEt O COOEt O Cl
所有的起始原料确定后,再设计全合成路线.在 所有的起始原料确定后,再设计全合成路线. 实施合成时, 实施合成时,可以采用逐步合成法或片段组合法进 行合成. 行合成.
(3)计算机辅助有机合成路线设计 a. 化学信息学和化学信息数据库 与有机合成有关常用数据库: 与有机合成有关常用数据库: * 现有化学品数据库 * 有机化学反应数据库 * 合成方法和转化数据库 * 合成方法参考文献库 * 保护基团数据库 HO
OH
Me O O
OH
HO
Me
Me
OH O OH
海葵毒素
OH HO
有结构兴趣的非天然产物的合成
3.有机合成方法学 3.有机合成方法学
好的合成反应的评价标准: 好的合成反应的评价标准: (1)高的反应产率 (2)温和的反应条件 (3)优异的反应选择性,包括化学选择性, 优异的反应选择性,包括化学选择性, 区域选择性和立体选择性等 (4)易于获得的反应起始原料 (5)尽可能是化学计量反应向催化循环反应发展 (6)对环境污染尽量少
1856年得到色泽能与天然染料茵红和靛蓝媲美的苯胺紫. 1856年得到色泽能与天然染料茵红和靛蓝媲美的苯胺紫. 年得到色泽能与天然染料茵红和靛蓝媲美的苯胺紫
合成了第一个箐染料(照相软片的增感剂) 合成了第一个箐染料(照相软片的增感剂)
重要的天然染料茵红(2a)和靛蓝(3b) 重要的天然染料茵红(2a)和靛蓝(3b)的工业化合成 (2a (3b
n C15H31
CHO
R2 R3
R1 (CH3)3CCO2H,Ti(OPr)4 OH CH2Cl2, 20 C
R2 O R3
R1 OH
4,有机合成方法研究进展
合成策略及理论 逐步合成法( elongation) (1)逐步合成法(Stepwise elongation)和 片段组合法 (Fragment condensation) 合成一个复杂的大分子化合物,可以采用两 合成一个复杂的大分子化合物, 种合成途径: 种合成途径:
生物技术在有机合成中的应用
随着现代生物技术发展, 随着现代生物技术发展,生物技术在有机合成中 的应用越来越引起人们的重视.毫无疑问, 的应用越来越引起人们的重视.毫无疑问,生物技术 不可能代替传统的有机合成技术,但是, 不可能代替传统的有机合成技术,但是,生物技术的 引进,将大大扩展人们的视野, 引进,将大大扩展人们的视野,丰富了有机合成的内 容.
两种多肽合成策略比较
(合成一个多肽a-b-c-d-e-f-g-h) 肽链逐渐增长法 片断组合法 gh ab cd ef gh fgh abcd efgh efgh abcdefgh defgh cdefgh bcdefgh abcdefgh 产率: a7 (a8-1) a3 = alog28 (8为多肽中氨基酸残基数目)
H2 N
O O
O
OH OH OH HO OH Me OH OH OH OH OH OH HO OH O OH OH OH OH HO O Me HO OH OH OH OH OH OH OH O OH OH OH HO OH
C129H223N3O54, 分子量2680 2680, 分子量2680, 64个手性中心 个手性中心, 64个手性中心, 可能的异构体是271 可能的异构体是271
Example: Noyori等将烯丙基和烯丙氧羰基作为 Noyori等将烯丙基和烯丙氧羰基作为 保护基团用于32mer 43mer和60mer的脱氧核 32mer, 保护基团用于32mer,43mer和60mer的脱氧核 酸的合成:烯丙基用于核苷键磷氧键的保护; 酸的合成:烯丙基用于核苷键磷氧键的保护; 而烯丙氧羰基则用于碱基氮的保护. 而烯丙氧羰基则用于碱基氮的保护.
a.从起始原料开始一步一步进行合成的逐步合成法 a.从起始原料开始一步一步进行合成的逐步合成法; 从起始原料开始一步一步进行合成的逐步合成法; b.先合成若干片段, b.先合成若干片段,最后将各个片段连接成目标分子的 先合成若干片段 片段组合法. 片段组合法. * 在实际的合成中,采用何种策略,则需要进行具体的 在实际的合成中,采用何种策略, 分析.例如: 分析.例如: 多肽合成可以选择肽链逐步增长法, 多肽合成可以选择肽链逐步增长法,即氨基酸残基是 一个一个依次加上去的.另一种是片断组合法, 一个一个依次加上去的.另一种是片断组合法,即先合 成一些小的肽段,然后再将小肽段偶联成多肽. 成一些小的肽段,然后再将小肽段偶联成多肽.
酶学方法
基本原理:某些酶在适当的条件下, 基本原理:某些酶在适当的条件下,具有较广的底 物适应性,可以催化非天然底物的反应. 物适应性,可以催化非天然底物的反应. 主要反应类型:水解反应,氧化还原反应, 主要反应类型:水解反应,氧化还原反应,缩合反 重排反应等. 应,重排反应等. 特点:反应条件温和,副反应少, 特点:反应条件温和,副反应少,具有优异的立体 或区域选择性. 或区域选择性.
1917年 Robinson合成了托品酮 合成了托品酮. (2)1917年,Robinson合成了托品酮.开创了系统 的有机合成方法, 的有机合成方法,反应机制和化学结构关系等 的研究.并第一次开设了有机合成课程. 的研究.并第一次开设了有机合成课程. (3)20世纪50年代NMR技术开始应用于有机化合物 20世纪50年代NMR技术开始应用于有机化合物 世纪50年代NMR 结构测定. 结构测定. 20世纪50-70年代 Woodward合成了利血平 世纪50 年代, 合成了利血平, (4)20世纪50-70年代,Woodward合成了利血平, 胆甾醇,维生素B12和红霉素等, B12和红霉素等 胆甾醇,维生素B12和红霉素等,将有机合 成发展到前所未有的水平. 成发展到前所未有的水平.
CO2 CH3 CO2 CH3 CO2 CH3
(3)立体选择性 包括: 包括: (1)顺反异构的选择性; (1)顺反异构的选择性; 顺反异构的选择性 (2)对映面的选择性等. (2)对映面的选择性等. 对映面的选择性等
[Ph3AsCH2CHO] Br CH3(CH2)14CHO
+
-
K2CO3,THF Et2O (3:7)
有机合成概述
应用化学系 叶非
参考书目: 参考书目: 1,黄宪 陈振初编著 2,李良助 林垚等编著 3,顾可权 林吉文编著 4,张滂 有机合成进展 科学出版社 1992年04月第 1992年04月第1版 月第1 有机合成化学 有机合成原理和技术 有机合成化学 化学工业出版社 1983年12月第1版 1983年12月第 月第1 高等教育出版社 1992年05月第1版 1992年05月第 月第1 上海科学技术出版社 1987年02月第1版 1987年02月第 月第1
几个基本概念的解释
(1)化学选择性: 化学选择性: 试剂对不同官能团的选择性反应. 试剂对不同官能团的选择性反应. (2)区域选择性: 区域选择性: 试剂对于一个反应体系的不同部位的进 攻,也可以是对两个处于不同位置的两个完 全相同官能团的选择性进攻.例如: 全相同官能团的选择性进攻.例如:
OAc (1 ) OAc Br n + NaCH(CO2CH3 )2 (3 ) Mo(CO)6 CH3 O2 C Br n Br (Ph3 P)4 Pd (2 ) CH3 O2 C n OAc n DMF CH3 O2 C
拆分法(Disconnection (2)拆分法(Disconnection approach)
拆分法是为了解决复杂有机分子全合成的合成路 线设计发展起来的一种合成设计理论. 线设计发展起来的一种合成设计理论 . 它的基本思 想是将目标化合物分子拆分成一系列片段, 想是将目标化合物分子拆分成一系列片段 , 应用化 学反应知识, 学反应知识 , 确定每一个片段相对应的起始原料和 化学反应.例如: 化学反应.例如:
5. 有机合成的展望
与生命科学相结合的有机合成化学 含意: 含意: (1) 有机合成选择生命科学中的重要物质作 为合成对象. 为合成对象. (2) 把生物方法用于有机合成. 把生物方法用于有机合成. (3) 二者巧妙结合产生一些全新的分支领域. 二者巧妙结合产生一些全新的分支领域.